電導(dǎo)法測(cè)定乙酸乙酯皂化反應(yīng)的速率常數(shù)

1、實(shí)驗(yàn)九 電導(dǎo)法測(cè)定乙酸乙酯皂化反應(yīng)的速率常數(shù) 【目的要求】 1.用電導(dǎo)率儀測(cè)定乙酸乙酯皂化反應(yīng)進(jìn)程中的電導(dǎo)率。 2.學(xué)會(huì)用圖解法求二級(jí)反應(yīng)的速率常數(shù)，并計(jì)算該反應(yīng)的活化能。 3.學(xué)會(huì)使用電導(dǎo)率儀和恒溫水浴。預(yù)習(xí)要求 1.了解電導(dǎo)法測(cè)定化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)的原理。 2.如何用圖解法求二級(jí)反應(yīng)的速率常數(shù)及如何計(jì)算反應(yīng)的活化能。 3.了解電導(dǎo)率儀和恒溫水浴的使用方法及注意事項(xiàng)。【基本原理】 乙酸乙酯皂化反應(yīng)是個(gè)二級(jí)反應(yīng)，其反應(yīng)方程式為CH3COOC2H5+Na+OH-CH3COO+Na+C2H5OH 當(dāng)乙酸乙酯與氫氧化鈉溶液的起始濃度相同時(shí)，如均為a，則反應(yīng)速率表示為（）式中，x為時(shí)間t時(shí)反應(yīng)物消耗掉的

2、濃度，k為反應(yīng)速率常數(shù)。將上式積分得（）起始濃度a為已知，只要由實(shí)驗(yàn)測(cè)得不同時(shí)間t時(shí)的x值，以對(duì)t作圖，應(yīng)得一直線，從直線的斜率m(=ak)便可求出k值。乙酸乙酯皂化反應(yīng)中，參加導(dǎo)電的離子有OH、Na和CH3COO，由于反應(yīng)體系是很稀的水溶液，可認(rèn)為CH3COONa是全部電離的，因此，反應(yīng)前后Na的濃度不變，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，僅僅是導(dǎo)電能力很強(qiáng)的OH離子逐漸被導(dǎo)電能力弱的CH3COO離子所取代，致使溶液的電導(dǎo)逐漸減小，因此可用電導(dǎo)率儀測(cè)量皂化反應(yīng)進(jìn)程中電導(dǎo)率隨時(shí)間的變化，從而達(dá)到跟蹤反應(yīng)物濃度隨時(shí)間變化的目的。 令G0為t=0時(shí)溶液的電導(dǎo)，Gt為時(shí)間t時(shí)混合溶液的電導(dǎo)，G為t=(反應(yīng)完畢)時(shí)溶液

3、的電導(dǎo)。實(shí)質(zhì)上，G0是NaOH溶液濃度為a時(shí)的電導(dǎo)值，Gt是NaOH溶液濃度為（a-x）時(shí)的電導(dǎo)值GNaOH與CH3COONa溶液濃度為x時(shí)的電導(dǎo)值GCH3COONa之和，G則是CH3COONa溶液濃度為a時(shí)的電導(dǎo)值。CH3COOC2H5+OH-CH3COO+C2H5OH濃度值t = 0 a t = t a - x x t = a 在稀溶液中，溶液的電導(dǎo)與電解質(zhì)的溶液茂正比，因此有：即：即：由此，Gt可以表示為：GtGNaOHGCH3COONa（）則：所以：（）將上式（）代入（）式，得：重新排列得: （）因此，只要測(cè)不同時(shí)間溶液的電導(dǎo)值 Gt 和起始溶液的電導(dǎo)值 G0，然后以 G t對(duì) 作圖應(yīng)

4、得一直線，直線的斜率為ak ，由此便求出某溫度下的反應(yīng)速率常數(shù) k 值。由電導(dǎo)與電導(dǎo)率的關(guān)系式:代入(5)式得: （6）通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定不同時(shí)間溶液的電導(dǎo)率t和起始溶液的電導(dǎo)率0，以t對(duì) 作圖，也得一直線，從直線的斜率也可求出反應(yīng)速率數(shù)k值。如果知道不同溫度下的反應(yīng)速率常數(shù)k(T2)和k(T1)，根據(jù)Arrhenius公式，可計(jì)算出該反應(yīng)的活化能E和反應(yīng)半衰期。（）   【儀器和試劑】 1.儀器 ： 電導(dǎo)率儀(附DJS-1型鉑黑電極)1臺(tái);恒溫混合器1只;停表1塊;恒溫水浴1套;移液管(50mL)3只;移液管(1mL)1支;容量瓶(250mL)1個(gè);磨口三角瓶(200mL)5個(gè)。 2.藥

5、品 ：NaOH水溶液(0.0200mol·dm-3);乙酸乙酯(A.R.);電導(dǎo)水(<1x10-4S.m-1)【實(shí)驗(yàn)步驟】 1.配制溶液 ：配制與NaOH準(zhǔn)確濃度(約0.0200mol·dm-3)相等的乙酸乙酯溶液。其方法是:找出室溫下乙酸乙酯的密度，進(jìn)而計(jì)算出配制250mL0.0200mol·dm-3(與NaOH準(zhǔn)確濃度相同)的乙酸乙酯水溶液所需的乙酸乙酯的毫升數(shù)V，然后用lmL移液管吸取VmL乙酸乙酯注入250mL容量瓶中，稀釋至刻度，即為0.0200mol·dm-3的乙酸乙酯水溶液。 2.調(diào)節(jié)恒溫槽 將恒溫槽的溫度調(diào)至(30.0±0

6、.1)或(40.0±0.1)。 3.調(diào)節(jié)電導(dǎo)率儀 第一、 溫補(bǔ)旋鈕 調(diào)在實(shí)驗(yàn)實(shí)際溫度處第二、 校正測(cè)量旋鈕 調(diào)在溫補(bǔ)處，校正電導(dǎo)率儀的電導(dǎo)電池常數(shù)。4.30時(shí)溶液起始電導(dǎo)率0的測(cè)定（可在測(cè)量t實(shí)驗(yàn)過(guò)程中間插入進(jìn)行） 在干燥的200mL磨口三角瓶中，用移液管加入25mL0.0200mol·dm-3的NaOH溶液和同數(shù)量的電導(dǎo)水，混合均勻后，倒出少量溶液洗滌電導(dǎo)池和電極，然后將剩余溶液倒入電導(dǎo)池 (蓋過(guò)電極上沿約2cm)，恒溫約15min，并輕輕搖動(dòng)數(shù)次，然后將電極插入溶液，測(cè)定溶液電導(dǎo)率，直至不變?yōu)橹梗藬?shù)值即為0,測(cè)定三次，取平均值。測(cè)定完溶液蓋好保存，備用測(cè)定40下的電導(dǎo)

7、率0。 5.反應(yīng)時(shí)電導(dǎo)率t的測(cè)定(30.0±0.1)先洗凈烘干恒溫混合器，然后分別用移液管取5mL0.0200mol·dm-3的CH3COOC2H5和5mL0.0200mol·dm-3的NaOH，分別從口和口裝入混合器中，再?gòu)目诓迦腚妼?dǎo)電極。置混合器于恒溫槽中，待恒溫15min，從管口鼓氣使溶液進(jìn)入中，當(dāng)進(jìn)入一半時(shí)，按下停表記時(shí)開(kāi)始記錄反應(yīng)時(shí)間，待溶液全總部進(jìn)入后，繼續(xù)鼓氣使兩溶液在中混合均勻。并立即開(kāi)始測(cè)量其電導(dǎo)率值，記錄時(shí)間t及電導(dǎo)率值。繼續(xù)在4min、6min、8min、10min、12min、15min、20min、25min、30min、35min、40

8、min各測(cè)電導(dǎo)率一次，記下kt和對(duì)應(yīng)的時(shí)間t。 如果不使用恒溫混合器，可使用三角錐瓶代替，方法如下：用移液管移取25mL0.0200mol·dm-3的CH3COOC2H5，加入干燥的200mL磨口三角瓶中，用另一只移液管取25mL0.0200mol·dm-3的NaOH，加入另一干燥的100mL磨口三角瓶中。將兩個(gè)三角瓶置于恒溫槽中恒溫15min，并搖動(dòng)數(shù)次。同時(shí)，將電導(dǎo)池從恒溫槽中取出，棄去上次溶液，用電導(dǎo)水洗凈。將溫好的NaOH溶液迅速倒入盛有CH3COOC2H5的三角瓶，同時(shí)開(kāi)動(dòng)停表，作為反應(yīng)的開(kāi)始時(shí)間，迅速將溶液混合均勻，并用少量溶液洗滌電導(dǎo)池和電極，然后將

9、溶液倒入電導(dǎo)池(溶液高度同前)，測(cè)定溶液的電導(dǎo)率t，在4min、6min、8min、10min、12min、15min、20min、25min、30min、35min、40min各測(cè)電導(dǎo)率一次，記下kt和對(duì)應(yīng)的時(shí)間t。 6.另一溫度（40）下0和t的測(cè)定 調(diào)節(jié)恒溫槽溫度為(40.0±0.1)。重復(fù)上述4、5步驟，測(cè)定另一溫度下的o和t。但在測(cè)定t時(shí)，按反應(yīng)進(jìn)行4min、6min、8min、10min、12min、15min、18min、21min、24min、27min、30min測(cè)其電導(dǎo)率。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉電源，取出電極，用電導(dǎo)水洗凈并置于電導(dǎo)水中保存待用。 【數(shù)據(jù)記錄與處理】 、

10、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄室溫： 大氣壓力：pa 0 (30) 。 0 (40) 。1.將t，t， 數(shù)據(jù)列表。溶液溫度：30序號(hào)t(min)t0t(0t)/t1第次實(shí)際測(cè)量時(shí)間000240003600048000510000612000715000820000925000103000011350001240000溶液溫度：0序號(hào)t(min)t0t(0t)/t1第次實(shí)際測(cè)量時(shí)間0002400036000480005100006120007150008180009210001024000112700012300002.以兩個(gè)溫度下的t對(duì)(0-t)/t作圖，分別得一直線。利用兩直線上求取兩溫度下的。3.由直線的斜率分別計(jì)算兩溫度下的速率常數(shù)k和反應(yīng)半衰期t1/2。 4.由兩溫度下的速率常數(shù)，按Arrhenius公式，計(jì)算乙酸乙酯皂化反應(yīng)的活化能。 【思考與討論】0? 2.該實(shí)驗(yàn)用電導(dǎo)率法測(cè)定的依據(jù)是什么？如果NaOH和CH3COOC2H5溶液為濃溶液時(shí)，能否用此法求k值，為什么?3. 使用電導(dǎo)儀時(shí)為什么先要選擇量程，怎樣選擇？4清